DE10320096A1 - Laser beam processing device for joining plastics with an additional material - Google Patents

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DE10320096A1
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Germany
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laser radiation
filler
joining
filler material
area
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Withdrawn
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DE2003120096
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German (de)
Inventor
Dirk Haensch
Thomas Ebert
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PROLAS GMBH, 52146 WUERSELEN, DE
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Individual
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung zum Fügen von Werkstoffen, mit einem Handgerät, das ein Gehäuse und eine in dem Gehäuse angeordnete Fokussieroptik umfasst, wobei die Fokussieroptik mit Laserstrahlung aus einer externen oder internen Laserstrahlquelle beaufschlagbar ist und diese Laserstrahlung in einen Fügebereich fokussiert, und wobei eine Zuführung für einen drahtförmigen Zusatzwerkstoff in den Fügebereich vorgesehen ist. Eine manuelle Bearbeitung komplexer Werkstücke wird ermöglicht, indem das Gehäuse auf der dem Fügebereich zugewandten Seite eine auswechselbare Arbeitsspitze trägt, die eine Austrittsöffnung für die Laserstrahlung aufweist, und die Zuführung in die Arbeitsspitze integriert ist.The invention relates to a laser beam processing device for joining materials, with a hand-held device which comprises a housing and a focusing optics arranged in the housing, the focusing optics being able to be acted upon with laser radiation from an external or internal laser beam source and focusing this laser radiation into a joining area, and one Supply for a wire-shaped filler material is provided in the joining area. Manual machining of complex workpieces is made possible by the housing carrying an exchangeable working tip on the side facing the joining area, which has an outlet opening for the laser radiation, and the feed is integrated into the working tip.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The present invention relates to a laser beam processing apparatus with the features of the preamble of claim 1.

Aus der deutschen Patentschrift DE 19817629 C2 ist eine gattungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung bekannt, die tragbar ausgeführt ist und die ein auf die zu verschweißende Werkstückoberfläche aufsetzbares Handgerät aufweist, in das über einen Lichtleiter Laserstrahlung von einem externen Laser eingekoppelt werden kann. Das Handgerät ist so eingerichtet, das es auf die Werkstückoberfläche aufgesetzt werden kann, worauf eine Umlenk- und Fokussierungsoptik innerhalb des Handgeräts entlang einer vorgesehenen Bearbeitungsbahn verfahren wird, ohne dass sich das Handgerät bewegt. Das gesteuerte Verfahren der Fokussierungsoptik stellt eine an Werkstoff und Laserleistung angepaste Bearbeitungsgeschwindigkeit sicher. Während der Bearbeitung ist vorgesehen, einen Zusatzwerkstoff in Form eines Schweißdrahtes zuzuführen, wobei die Zuführgeschwindigkeit an die Bearbeitungsgeschwindigkeit angepasst ist.From the German patent specification DE 19817629 C2 A generic laser processing device is known which is designed to be portable and which has a hand-held device which can be placed on the workpiece surface to be welded and into which laser radiation from an external laser can be coupled via a light guide. The hand-held device is set up in such a way that it can be placed on the workpiece surface, whereupon a deflection and focusing optics within the hand-held device are moved along an intended processing path without the hand-held device moving. The controlled process of the focusing optics ensures a processing speed that is adapted to the material and laser power. During machining, it is provided to feed an additional material in the form of a welding wire, the feed speed being adapted to the machining speed.

Diese Vorrichtung ist zum Verschweißen von metallischen Werkstoffen in einer vorgegebenen, nahezu ebenen Geometrie vorgesehen. Sie ist nicht geeignet, durchgehende Fugeverbindungen mit komplexen Bearbeitungsbahnen zu erstellen.This Device is for welding of metallic materials in a predetermined, almost flat Geometry provided. It is not suitable for continuous joint connections to create with complex machining paths.

In der Deutschen Patentanmeldung 10257112.0, die auf die selben Anmelder zurückgeht, ist eine tragbare Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung beschrieben, bei der der fokussierte Laserstrahl zum Verschweißen von Kunststoffen manuell entlang einer nahezu beliebigen Bearbeitungsbahn geführt werden kann. Es ist nicht vorgesehen, einen Zusatzwerkstoff zuzuführen.In German patent application 10257112.0, which is assigned to the same applicant going back is a portable laser beam processing device described in the focused laser beam for welding plastics manually be guided along almost any machining path can. It is not intended to supply an additional material.

Schließlich sind aus der Praxis Folienschweißgeräte bekannt, die mit Heißluft arbeiten und bei denen optional ein Zusatzwerkstoff in Form eines Kunststoffdrahtes zugeführt werden kann. Diese Geräte werden beispielsweise von der Firma Leister Process Technologies, CH-6060 Sarnen (Schweiz) angeboten. Heißluftgeräte erreichen jedoch in der Praxis nicht die Bearbeitungsgeschwindigkeit und die Prozesssicherheit, wie sie mit Laserstrahlbearbeitungsvorrichtungen erzielbar sind.Finally are known from practice the one with hot air work and for which an additional material in the form of a plastic wire is optionally available supplied can be. These devices are, for example, from Leister Process Technologies, CH-6060 Sarnen (Switzerland). However, hot air devices achieve in practice not the processing speed and the process reliability, how they can be achieved with laser beam processing devices.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein manuell geführtes Gerät zur Laserstrahlbearbeitung zu schaffen, bei dem ein Zusatzwerkstoff zugeführt werden kann. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verfahren zum Fügen von Kunststoffen mittels Laserstrahlung sowie einen Zusatzwerkstoff dafür zu schaffen.It is therefore an object of the present invention, a manually guided device for laser beam processing to create, in which an additional material can be fed. Is further It is an object of the invention to use a method for joining plastics To create laser radiation and an additional material for it.

Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und einem Werkstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.This Object is achieved by a device with the features of the claim 1, a method with the features of claim 11 and a material solved with the features of claim 12.

Weil das Gehäuse auf der dem Fügebereich zugewandten Seite eine auswechselbare Arbeitsspitze trägt, die eine Austrittsöffnung für die Laserstrahlung aufweist, und die Zuführung in die Arbeitsspitze integriert ist, kann die Vorrichtung zum Fügen von Werkstücken mit komplexer Geometrie genutzt werden, bei denen eine manuelle Führung des Handgeräts und der Einsatz eines Zusatzwerkstoffs erforderlich sind.Because the housing on the one facing the joining area Side has an interchangeable working tip, which has an outlet for the laser radiation has, and the feed is integrated into the working tip, the device for joining workpieces can complex geometry are used, in which a manual guidance of the handset and the use of a filler material is required.

Besonders leicht und einfach wird die Vorrichtung, wenn die Zuführung keinen selbsttätigen Vorschub für den Zusatzwerkstoff aufweist. Dabei kann eine Regelung der Laserleistung in Abhängigkeit von der Temperatur der Kontaktfläche vorgesehen sein. Die Nachspeisung des Zusatzwerkstoffs erfolgt bevorzugt durch Adhäsion an dem Werkstück einerseits und durch manuellen Zug an dem Handgerät andererseits.Especially the device becomes light and simple if the feeder does not automatic feed for the Filler material has. This can be a regulation of the laser power dependent on on the temperature of the contact surface be provided. The make-up of the filler material is preferred through adhesion on the workpiece on the one hand and by manual pull on the handheld device on the other.

Es kann auch ein automatischer Vorschub des Zusatzwerkstoffs vorgesehen sein, der vorzugsweise über die Temperatur der Kontaktfläche geregelt ist.It automatic feed of the filler material can also be provided be preferably over the temperature of the contact surface is regulated.

Der Zusatzwerkstoff kann ein Kunststoffdraht sein, der derart im Bereich der Laserwellenlänge (üblicherweise im Infrarotbereich) absorbierend ausgestattet ist, dass bei einer Beaufschlagung mit Laserstrahlung von einer Seite her eine Absorption von 80% der Laserstrahlung in der dem Laserstrahl zugewandten Hälfte des Kunststoffdrahtes erfolgt. So ist sichergestellt, dass einerseits die Kontaktfläche zum Werkstück erweicht bzw. aufgeschmolzen wird und andererseits der Zusatzwerkstoff nahezu formstabil bleibt, insbesondere in Längsrichtung.The Filler material can be a plastic wire that is in the area the laser wavelength (usually in the infrared range) is absorbent that at a Exposure to laser radiation from one side causes absorption of 80% of the laser radiation in the half of the laser beam facing Plastic wire is done. This ensures that on the one hand the contact area to the workpiece is softened or melted and on the other hand the filler material remains almost dimensionally stable, especially in the longitudinal direction.

Der Zusatzwerkstoff kann auf die Oberfläche der Werkstücke aufgebracht werden, wenn die mit der Laserstrahlung beaufschlagte Seite des Zusatzwerkstoffs im Betrieb dem zu fügenden Werkstück zugewandt ist und dort wenigstens eine Kontaktfläche bildet. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn der Zusatzwerkstoff im Bereich der Kontaktfläche nach Art eines Heißklebers aufgeschmolzen wird, während der abgewandte Bereich zugfest bleibt.The Filler metal can be applied to the surface of the workpieces if the side of the Filler material in operation facing the workpiece to be joined and forms at least one contact surface there. For this it is advantageous if the filler material in the area of the contact surface Kind of a hot glue is melted while the area facing away remains tensile.

Verschiedene Werkstoffe und verschiedene Geometrien können mit der Vorrichtung verarbeitet werden, wenn die Arbeitsspitze eine Codierung aufweist, die einem geeigneten Sensormittel an dem Handgerät eine Information über die Art der Arbeitsspitze und/oder die Art des Zusatzwerkstoffs verfügbar macht. Die Information kann dann an eine Steuerung abgegeben werden, die die Solltemperaturbereiche für den Werkstoff im Betrieb regelt.Different materials and different geometries can be processed with the device if the working tip has a coding that makes information about the type of working tip and / or the type of filler material available to a suitable sensor means on the hand-held device. The information can then be sent to a tax office tion that regulates the target temperature ranges for the material in operation.

Ein einfacher Aufbau ergibt sich, wenn die Arbeitsspitze zugleich als Abschirmung der Laserstrahlung gegenüber der Umwelt wirkt. Die Handhabung wird vereinfacht, wenn in den Laserstrahl ein auf den Fügebereich ausgerichteter sichtbarer Pointer so eingemischt ist, dass die Position des an sich unsichtbaren Laserstrahls visualisiert wird.On simple construction results if the working tip also as Shielding the laser radiation from the environment works. The handling is simplified if in the laser beam on the joining area aligned visible pointer is mixed in so that the position of the invisible laser beam is visualized.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fügen von Kunststoffen mit Laserstrahlung und mit einem Zusatzwerkstoff sind folgende Schritte vorgesehen:
Bereitstellen von wenigstens einem Werkstück in einem Fügebereich zur Verbindung der Werkstückes entlang eines Bearbeitungsweges;
Bereitstellen eines drahtförmigen Zusatzwerkstoffs in einem Handgerät in dem Fügebereich;
Erhitzen zumindest des Zusatzwerkstoffs mit Laserstrahlung bis die dem Fügebereich zugewandte Oberfläche aufgeschmolzen ist;
manuelles Verfahren des Handgerätes entlang des vorgesehenen Bearbeitungsweges unter Andruck des Zusatzwerkstoffs an die Werkstücke und simultanes Nachziehen des mit seinem aufgeschmolzenen Bereich anhaftenden Zusatzwerkstoffs allein durch das Verfahren.The following steps are provided in a method according to the invention for joining plastics with laser radiation and with an additional material:
Providing at least one workpiece in a joining area for connecting the workpiece along a machining path;
Providing a wire-shaped filler material in a hand-held device in the joining area;
Heating at least the filler material with laser radiation until the surface facing the joining area has melted;
manual movement of the hand-held device along the intended processing path while pressing the filler material onto the workpieces and simultaneous drawing of the filler material adhering to its melted area solely by the process.

So wird es möglich, Werkstücke komplexer Geometrie manuell mit Laserstrahlung und einem Zusatzwerkstoff zu bearbeiten.So will it be possible workpieces complex geometry manually with laser radiation and a filler material to edit.

Ein Zusatzwerkstoff zum Fügen von Kunststoffen mittels Laserstrahlung weist erfindungsgemäß folgenden Merkmale auf:
der Werkstoff ist drahtförmig aus einem schmelzbaren Kunststoff gefertigt;
der Werkstoff weist eine Infrarot absorbierende Pigmentierung auf, die derart eingerichtet ist, dass eine Halbwertslänge der Absorption höchstens einem Drittel der Dicke des Werkstoffs entspricht.According to the invention, an additional material for joining plastics by means of laser radiation has the following features:
the material is wire-shaped from a meltable plastic;
the material has an infrared-absorbing pigmentation, which is set up in such a way that a half-value length of the absorption corresponds to at most one third of the thickness of the material.

Vorteilhaft ist, wenn die Pigmentierung über den Querschnitt des Werkstoffs gleichmäßig verteilt ist, weil dann ein einfacher einkomponentiger Fertigungsprozess zur Herstellung des Werkstoffs genutzt werden kann. Der Werkstoff kann in Ecken eingesetzt werden, wenn der Querschnitt viertelkreisförmig ist.Advantageous is when the pigmentation over the Cross section of the material is evenly distributed because then a simple one-component manufacturing process for manufacturing of the material can be used. The material can be in corners be used if the cross-section is quarter-circular.

Schließlich kann ein Laser mit einer Wellenlänge von 1,8 μm oder mehr in Zusammenwirkung mit einem Zusatzwerkstoff ohne zusätzliche Pigmentierung verwendet werden, wobei der Zusatzwerkstoff ein einkomponentiger Kunststoff ist.Finally, can a laser with a wavelength of 1.8 μm or more in cooperation with a filler material without additional Pigmentation are used, the filler material being a one-component Is plastic.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:embodiments the present invention are based on the drawing described. Show it:

1: ein Handgerät mit Zuführung eines Kunststoffdrahtes in der Arbeitsspitze in einem Querschnitt von der Seite; 1 : a hand-held device with a plastic wire in the working tip in a cross section from the side;

2: eine Arbeitsspitze gem. 1 in einer detaillierteren Darstellung; 2 : a work tip acc. 1 in a more detailed representation;

3: eine andere Arbeitsspitze zur Verwendung mit dem Handgerät gemäß 1 ohne automatischen Vorschub; 3 : another working tip for use with the handheld device according to 1 without automatic feed;

4: einen Zusatzwerkstoff zur Verwendung mit der Vorrichtung nach 1–3; sowie 4 : a filler material for use with the device according to 1 - 3 ; such as

5: eine schematische Darstellung einer Fügeverbindung zwischen zwei Kunststoffplatten unter Verwendung des Werkstoffs gemäß 4. 5 : A schematic representation of a joint connection between two plastic plates using the material according to 4 ,

In der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Fügen von Kunststoffen mit einem Zusatzwerkstoff dargestellt. Die Vorrichtung umfasst ein Handgerät 1, das an seiner einem Werkstück 2 zugewandten Seite einer Arbeitsspitze 3 trägt. Die gegenüberliegende Seite ist mit einem Lichtleiter 4 verbunden, aus dem ein Laserstrahl 5 in das Handgerät 1 eingekoppelt wird. Der Laserstrahl 5 wird durch eine nur schematisch dargestellte Optik 6 fokussiert und durch Spiegel 7, 8 umgelenkt und auf eine Öffnung 10 der Arbeitsspitze 3 gerichtet, aus der der Laserstrahl 5 in Richtung auf das Werkstück 2 austritt.In the 1 A device according to the invention for joining plastics with an additional material is shown. The device comprises a hand-held device 1 that on its one workpiece 2 facing side of a working tip 3 wearing. The opposite side is with an optical fiber 4 connected from which a laser beam 5 into the handheld device 1 is coupled. The laser beam 5 is represented by an optics shown only schematically 6 focused and through mirrors 7 . 8th redirected and onto an opening 10 the work tip 3 directed from which the laser beam 5 towards the workpiece 2 exit.

Die Arbeitsspitze 3 weist neben der Austrittsöffnung 10 für den Laserstrahl 5 noch eine Zuführung für einen drahtförmigen Zusatzwerkstoff 11 auf. Der Zusatzwerkstoff 11 wird innerhalb der Arbeitsspitze 3 so geführt, dass ein erstes Ende im Bereich der Austrittsöffnung 10 in den optischen Weg des Laserstrahls 5 gebracht werden kann. Hierfür sind in der Arbeitsspitze 3 Förderrollen 13 und 14 vorgesehen, die in Abhängigkeit von einer entsprechenden Steuerung und einem Antrieb dazu eingerichtet sind, den Zusatzwerkstoff 11 in Richtung auf die Öffnung 12 der Arbeitsspitze 3 zu fördern.The work tip 3 points next to the outlet opening 10 for the laser beam 5 another feed for a wire-shaped filler material 11 on. The filler metal 11 is within the top of the work 3 guided so that a first end in the area of the outlet opening 10 in the optical path of the laser beam 5 can be brought. For this are in the forefront 3 conveyor rollers 13 and 14 provided, which are set up in dependence on a corresponding control and a drive, the filler material 11 towards the opening 12 the work tip 3 to promote.

Die Arbeitsspitze 3 ist in einer Flanschebene 15 lösbar an dem Handgerät angeordnet. Sie ist als separates, auswechselbares Bauteil in verschiedenen Bauformen vorgesehen. Die Ausführungsform gemäß 1 wird in der 2 nachfolgend vergrößert veranschaulicht.The work tip 3 is in a flange plane 15 releasably arranged on the handheld device. It is intended as a separate, interchangeable component in various designs. The embodiment according to 1 is in the 2 illustrated below enlarged.

Die 2 zeigt die Arbeitsspitze gemäß 1 in einer vergrößerten Darstellung. Sie ist in dieser Darstellung von dem Handgerät 1 abgenommen.The 2 shows the working tip according to 1 in an enlarged view. In this illustration, it is from the hand-held device 1 decreased.

In der Flanschebene 15 sind hier nur schematisch dargestellte Kontakte 16 angeordnet, die bei Verbindung der Arbeitsspitze 3 mit dem Handgerät 1 zum einen Informationen über die Art der Arbeitsspitze und gegebenenfalls des Zusatzwerkstoffs 11 an eine in dem Handgerät 1 oder im Gehäuse des externen Lasers (nicht dargestellt) angeordnete Steuerung übermittelt. Zum anderen können Messwerte aus der Arbeitsspitze 3 übermittelt werden. Schließlich können Steuerungssignale und eine Spannungsversorgung für die Vorschubrollen 13, 14 und deren Antrieb übertragen werden.In the flange plane 15 are only schematically shown contacts here 16 arranged when connecting the working tip 3 with the handheld device 1 on the one hand, information about the type of work tip and, if applicable, the filler material 11 to one in the handset 1 or control arranged in the housing of the external laser (not shown). On the other hand, measured values from the work peak 3 be transmitted. Finally, control signals and a power supply for the feed rollers 13 . 14 and their drive are transmitted.

Eine andere Ausführungsform der Arbeitsspitze ist in der 3 veranschaulicht. Die Arbeitsspitze 20 ist für einen stangenförmigen Zusatzwerkstoff 21 eingerichtet. Dieser Zusatzwerkstoff wird allein über eine manuell aufzubringende Zugkraft durch die Führung 22 gezogen und damit nachgeführt. Das Verfahren wird nachfolgend detailliert beschrieben.Another embodiment of the working tip is in the 3 illustrated. The work tip 20 is for a rod-shaped filler material 21 set up. This filler material is fed through the guide solely by means of a manually applied tensile force 22 pulled and thus tracked. The process is described in detail below.

Die 4 zeigt den Zusatzwerkstoff 21 in einem Querschnitt. Der Werkstoff 21 weist die Geometrie eines Viertelkreises auf. Der rechte Winkel mit den Schenkeln 25 ist dem Laserstrahl 5 zugewandt. Diese Seite des Werkstoffs 21 wäre also in der 3 nach unten orientiert, während die Viertelrundeoberseite im Bereich der Führung 22 oben liegen würde.The 4 shows the filler metal 21 in a cross section. The material 21 has the geometry of a quarter circle. The right angle with the thighs 25 is the laser beam 5 facing. This side of the material 21 would be in the 3 oriented downwards, while the top of the quarter round is in the area of the guide 22 would be on top.

Die Laserstrahlung 5 trifft den Werkstoff 21, so dass er durch Absorption der Infrarotstrahlung etwa in dem schraffierten Bereich 26 soweit erwärmt wird, dass die zur Verarbeitung erforderliche Erweichung oder Verflüssigung auftritt. Mit diesem erwärmten Bereich 26 wird der Werkstoff 21 dann an die zu fügenden Werkstücke angedrückt, was nachfolgend in der 5 beschrieben wird.The laser radiation 5 hits the material 21 so that it absorbs the infrared radiation approximately in the shaded area 26 is heated to such an extent that the softening or liquefaction required for processing occurs. With this heated area 26 becomes the material 21 then pressed onto the workpieces to be joined, which is subsequently described in the 5 is described.

Die 5 zeigt zwei Werkstücke 30, 31, die aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind. Die Werkstücke sollen in dem aneinander angrenzenden Bereich bei 32 miteinander verbunden werden. Hierfür wird ein Zusatzwerkstoff 21 in der in 4 veranschaulichten Weise mit einem Laserstrahl erhitzt. Die erhitze Seite des Zusatzwerkstoffs 21 wird in den von den Werkstücken 30, 31 gebildeten rechten Winkel gepresst und verklebt dort mit den beiden Werkstücken. Die Werkstücke 30, 31 sind damit gefügt.The 5 shows two workpieces 30 . 31 which are made of a plastic material. The workpieces should be in the adjacent area 32 be connected to each other. A filler material is used for this 21 in the in 4 illustrated way heated with a laser beam. The heated side of the filler metal 21 is in the of the workpieces 30 . 31 formed right angle pressed and glued there with the two workpieces. The workpieces 30 . 31 are joined.

In der Praxis wird das Handgerät gemäß 1 folgendermaßen verwendet:
Aus einem externen Laser wird über den Lichtleiter 1 der Laserstrahl 5 in das Handgerät eingekoppelt. Der Laserstrahl 5 wird dort auf die Öffnung 10 der Arbeitsspitze 3 gerichtet und fokussiert. Der Zusatzwerkstoff 11 wird über den Vorschub 13, 14 und die Öffnung 12 in den Focusbereich des Laserstrahls 5 geführt. Dort wird der Werkstoff erhitzt, bis er die zum Fügen der Werkstücke 2 erforderliche Temperatur aufweist. Gegebenenfalls können die zu fügenden Werkstücke 2 mit einem Teil des Laserstrahls 5 erwärmt werden, um die Fügeverbindung zu erleichtern. Ein in dem Handgerät 1 angeordnetes Fotometer (nicht dargestellt) ermittelt die Werkstofftemperatur im Bereich der Öffnung 10 und regelt die Leistung des Lasers derart, dass eine Überhitzung des Werkstoffs 11 oder des Werkstücks 2 ausgeschlossen ist. Das Handgerät 1 kann dann entlang einer Bearbeitungsbahn mit der Arbeitsspitze 3 über das Werkstück 2 geführt werden, sodass eine Fügeverbindung entlang dieser Bearbeitungsbahn entsteht. Als Anwendungsbeispiel sei das Verschweißen eines Nummernschildhalters mit dem Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs genannt. Bei derartigen Fügeverbindungen ist aus Gründen des Recyclings gewünscht, sowohl den Stoßfänger als auch den Nummernschildhalter oder andere Anbauteile aus dem gleichen Werkstoff zu fertigen. Derzeit werden solche Verbindungen entweder geklebt oder geschraubt, was den Einsatz eines zusätzlichen, andersartigen Werkstoffs erfordert. Beim Verschweißen mit der Vorrichtung gemäß 1 kann der Zusatzwerkstoff 11 aus dem gleichen Material bestehen wie die Werkstücke 2 selbst.In practice, the handheld device is designed according to 1 used as follows:
An external laser is turned into an optical fiber 1 the laser beam 5 coupled into the handheld device. The laser beam 5 is there on the opening 10 the work tip 3 directed and focused. The filler metal 11 is about the feed 13 . 14 and the opening 12 into the focus area of the laser beam 5 guided. There the material is heated until it is used to join the workpieces 2 required temperature. If necessary, the workpieces to be joined 2 with part of the laser beam 5 be heated to facilitate the joint connection. One in the handheld device 1 Arranged photometer (not shown) determines the material temperature in the area of the opening 10 and regulates the power of the laser in such a way that the material overheats 11 or the workpiece 2 is excluded. The handheld device 1 can then along a machining path with the working tip 3 about the workpiece 2 be guided so that a joint is created along this processing path. As an application example, the welding of a license plate holder to the bumper of a motor vehicle is mentioned. In the case of such joints, for recycling reasons, it is desirable to manufacture both the bumper and the license plate holder or other attachments from the same material. Currently, such connections are either glued or screwed, which requires the use of an additional, different material. When welding with the device according to 1 the filler metal 11 made of the same material as the workpieces 2 self.

Das in dem Handgerät 1 angeordnete Fotometer kann neben der Überwachung der Temperatur an der Fügestelle auch dazu genutzt werden, dem Benutzer eine Information darüber zu vermitteln, ob das Handgerät 1 entlang der Bearbeitungsbahn zu langsam, zu schnell oder mit einer geeigneten Geschwindigkeit geführt wird. Gleichzeitig kann der Vorschub über die Vorschubrollen 13 und 14 derart geregelt werden, dass gerade die richtige Menge Zusatzwerkstoff 11 in die Fügestelle eingespeist wird, sodass insbesondere die richtige Temperatur erzielt wird.That in the handheld device 1 In addition to monitoring the temperature at the joint, the arranged photometer can also be used to provide the user with information about whether the handheld device 1 too slow, too fast or at an appropriate speed along the processing path. At the same time, the feed can be fed via the feed rollers 13 and 14 regulated in such a way that just the right amount of filler material 11 is fed into the joint so that the correct temperature is achieved in particular.

Bei Verwendung einer Arbeitsspitze nach 3 kann der Zusatzwerkstoff gemäß 4 verwendet werden. Dieser Werkstoff 21 zeichnet sich dadurch aus, dass die Laserstrahlung nur den Bereich 26 soweit erwärmt, dass die gewünschten Klebeeigenschaften auftreten. Der Bereich 26 wird dabei pastös oder zähflüssig, während in dem übrigen Bereich des Querschnitts der Werkstoff 21 zumindest zugfest bleibt. Ein solcher Werkstoff 21 kann dann Beaufschlagung mit Laserstrahlung 5 über die Führung 22 manuell in die von den Werkstücken 30 und 31 in 5 gebildete Ecke gedrückt werden. Der Anpressdruck sorgt dabei für eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Werkstück 30 und dem Werkstoff 21 einerseits sowie zwischen dem Werkstück 31 und dem Werkstoff 21 andererseits. Die Fügeverbindung ist damit hergestellt. Die Nachspeisung des Werkstoffs 21 geschieht allein dadurch, dass das Handgerät 1 mit der Arbeitsspitze entlang der Bearbeitungsbahn verfahren wird und der am Werkstück anhaftende Werkstoff 21 aufgrund seiner noch bestehenden Zugfestigkeit durch die Führung 22 hindurch gezogen wird.When using a working tip after 3 the filler can according to 4 be used. This material 21 is characterized in that the laser radiation only the area 26 heated to the extent that the desired adhesive properties occur. The area 26 becomes pasty or viscous, while in the remaining area of the cross section the material 21 remains at least tensile. Such a material 21 can then be exposed to laser radiation 5 about leadership 22 manually in the of the workpieces 30 and 31 in 5 formed corner can be pressed. The contact pressure ensures a material connection between the workpiece 30 and the material 21 on the one hand and between the workpiece 31 and the material 21 on the other hand. The joint is now established. The make-up of the material 21 happens only because the handheld device 1 the working tip travels along the machining path and the material adhering to the workpiece 21 due to its still existing tensile strength through the guide 22 is pulled through.

Für die Ausrüstung des Werkstoffs 21 gemäß 4 ist vorgesehen, dass über den gesamten Querschnitt eine gleichmäßige Pigmentierung mit infrarotabsorbierenden Stoffen eingerichtet wird. Die Pigmentierung ist dabei so konzentriert, dass eine bevorzugte Absorption in dem Bereich 26 stattfindet, während der Bereich, der der Laserstrahlung 5 abgewandt ist, eine geringere Erwärmung erfährt.For the equipment of the material 21 ge Mäss 4 It is envisaged that uniform pigmentation with infrared-absorbing substances will be established over the entire cross-section. The pigmentation is so concentrated that a preferred absorption in the area 26 takes place during the area of the laser radiation 5 is turned away, experiences less heating.

Ein anderes Material, das als Werkstoff 11, 21 eingesetzt werden kann, besteht aus zwei verschiedenen Komponenten. Ein drahtförmiger Zusatzwerkstoff aus Kunststoff kann dabei so ausgerüstet werden, dass eine erste infrarotabsorbierende Komponente in dem Bereich angeordnet ist, der mit den zu fügenden Werkstücken in Kontakt kommt. Ein zweiter Bereich, der nicht infrarotabsorbierend ist, stellt den dem Werkstück abgewandten Bereich dar. Dieser wird von der Laserstrahlung nicht aufgeschmolzen. Außerdem kann die zweite Komponente des Zusatzwerkstoffs andere Eigenschaften aufweisen wie z.B. eine besondere Farbgestaltung.Another material, the material 11 . 21 can be used consists of two different components. A wire-shaped additional material made of plastic can be equipped so that a first infrared-absorbing component is arranged in the area that comes into contact with the workpieces to be joined. A second area, which is not infrared absorbing, represents the area facing away from the workpiece. This is not melted by the laser radiation. In addition, the second component of the filler material can have other properties, such as a special color design.

Die Querschnittsformen der Zusatzwerkstoffe können weitgehend beliebig sein. Neben dem dargestellten viertelrunden Draht kann auch halbrunder oder ganzrunder Kunststoffdraht zum Einsatz kommen. Auch quadratische oder dreieckige Formen sind möglich.The Cross-sectional shapes of the filler materials can largely be any. In addition to the quarter-round wire shown, semicircular or All round plastic wire are used. Also square or triangular shapes are possible.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass ein Laser mit einer Wellenlänge von 1,8 μm oder mehr zum Einsatz kommt. Die Wellenlänge ist geeignet, Kunststoffe ohne infrarotabsorbierende Pigmentierung aufzuschmelzen. Mit einem derartigen Laser kann dann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zum Fügen von reinen Kunststoffen ohne die erwähnten Zusätze eingesetzt werden.A preferred embodiment provides that a laser with a wavelength of 1.8 μm or more is used. The wavelength is suitable for plastics without infrared absorbing pigmentation melt. The device according to the invention can then be used with such a laser also for joining of pure plastics without the additives mentioned.

Die in soweit beschriebene Vorrichtung kann beispielsweise zum Fügen von zwei Kunststoffbauelementen in der Kraftfahrzeugindustrie verwendet werden, wie dies oben beschrieben wurde. Es ist aber auch möglich, mit dieser Vorrichtung großflächige Folien beispielsweise für LKW-Planen miteinander zu verschweißen, wenn das Material der Folien einen Zusatzwerkstoff 11, 21 erfordert. Andere Anwendungsgebiete sind das Verschweißen von Abdichtbahnen bei der Dachflächenabdichtung, bei denen ebenfalls ein Zusatzwerkstoff zum Einsatz kommen kann.The device described so far can be used, for example, for joining two plastic components in the motor vehicle industry, as described above. However, it is also possible to use this device to weld large-area foils together, for example for truck tarpaulins, if the material of the foils is a filler material 11 . 21 requires. Other areas of application are the welding of sealing sheets for roof surface sealing, in which an additional material can also be used.

Hilfreich beim Fügen von Dichtfolien für Dachabdichtungen, insbesondere für Flachdachabdichtungen, können im übrigen vorgefertigte Ecken sein. Diese Ecken können in den Bereich eingesetzt werden, in dem drei Flächen aneinander stoßen. Derartige Eckbereiche sind mit dem Handgerät gemäß 1 nur schwierig zu erreichen. Es ist deshalb vorteilhaft, zunächst vorgefertigte Ecken in diese Bereiche einzusetzen und diese Zusatzwerkstücke dann an ihrem Rand mit den abzudichtenden Folien zu verschweißen oder zu verkleben. Auf diese Weise wird die an sich problematische Abdichtung in Eckbereichen deutlich vereinfacht.Prefabricated corners can also be helpful when joining sealing foils for roof seals, especially for flat roof seals. These corners can be used in the area where three surfaces meet. Such corner areas are in accordance with the hand-held device 1 difficult to reach. It is therefore advantageous to first insert prefabricated corners in these areas and then to weld or glue these additional workpieces at their edges to the foils to be sealed. In this way, the problematic sealing in corner areas is significantly simplified.

Schließlich ist noch zu erwähnen, dass die verschiedenen Aufsatzspitzen über die Kontakte 16 Steuerinformationen an die Steuerung des Lasers übermitteln, und zwar nicht nur hinsichtlich des Vorschubs der Vorschubrollen 13, 14, sondern auch hinsichtlich des mit den Arbeitsspitzen zu verarbeitenden Materials. Verschiedene Materialien erfordern andere Betriebsparameter. Sofern ein bestimmtes Material des Zusatzwerkstoffs 11, 21 jeweils einer eigenen Arbeitsspitze zugeordnet ist, kann die Übermittlung dieser Parameter über die Kontakte 16 eindeutig erfolgen. Im Fall der „passiven" Arbeitsspitze gem. 3 können die Kontakte 16 auch rein mechanisch z.B. über ihre Position, Länge oder Dicke eine Indikation der verwendeten Spitze oder des verwendeten Werkstoffs geben.Finally, it should be mentioned that the different tips of the tips on the contacts 16 Transmit control information to the control of the laser, and not only with regard to the feed of the feed rollers 13 . 14 , but also with regard to the material to be processed with the work tips. Different materials require different operating parameters. If a certain material of the filler material 11 . 21 Each of these is assigned to a separate work leader, the transmission of these parameters via the contacts 16 done clearly. In the case of the "passive" work tip acc. 3 can the contacts 16 also give an indication of the tip or material used purely mechanically, for example via its position, length or thickness.

Claims (17)

Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung zum Fügen von Werkstoffen, – mit einem Handgerät, das ein Gehäuse und eine in dem Gehäuse angeordnete Fokussieroptik umfasst, – wobei die Fokussieroptik mit Laserstrahlung aus einer externen oder internen Laserstrahlquelle beaufschlagbar ist und diese Laserstrahlung in einen Fügebereich fokussiert, und – wobei eine Zuführung für einen drahtförmigen Zusatzwerkstoff in den Fügebereich vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse auf der dem Fügebereich zugewandten Seite eine auswechselbare Arbeitsspitze trägt, die eine Austrittsöffnung für die Laserstrahlung aufweist, und dass die Zuführung in die Arbeitsspitze integriert ist.Laser beam processing device for joining materials, - with a hand-held device, which comprises a housing and a focusing optics arranged in the housing, - wherein the focusing optics can be acted upon with laser radiation from an external or internal laser beam source and focuses this laser radiation into a joining area, and - whereby a feed is provided for a wire-shaped filler material in the joining area, characterized in that the housing on the side facing the joining area has an exchangeable working tip, which has an outlet opening for the laser radiation, and that the feed is integrated into the working tip. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Zusatzwerkstoff ein Kunststoffdraht ist, der derart im Bereich der Laserwellenlänge absorbierend ausgestattet ist, dass bei einer Beaufschlagung mit Laserstrahlung von einer Seite her eine Absorption von 80% der Laserstrahlung in der dem Laserstrahl zugewandten Hälfte des Kunststoffdrahtes erfolgt. Device according to claim 1, characterized in that that the filler is a plastic wire, which in the Absorbing range of the laser wavelength is equipped with laser radiation from one side an absorption of 80% of the laser radiation in half of the plastic wire facing the laser beam he follows. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung der Laserleistung in Abhängigkeit von der Temperatur der Kontaktfläche vorgesehen ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized that a regulation of the laser power depending on the temperature of the contact surface is provided. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Laserstrahlung beaufschlagte Seite des Zusatzwerkstoffs im Betrieb dem zu fügenden Werkstück zugewandt ist und dort wenigstens eine Kontaktfläche bildet.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized that the side exposed to the laser radiation of the filler material in operation facing the workpiece to be joined and forms at least one contact surface there. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzwerkstoff im Bereich der Kontaktfläche nach Art eines Heißklebers aufgeschmolzen wird, während der abgewandte Bereich zugfest bleibt.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the filler in the area of the contact surface after Kind of a hot glue is melted during the away area remains tensile. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung keinen selbsttätigen Vorschub für den Zusatzwerkstoff aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized that feed no self-employed Feed for has the filler metal. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachspeisung des Zusatzwerkstoffs durch Adhäsion an dem Werkstück einerseits und durch manuellen Zug an dem Handgerät andererseits erfolgt.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the make-up of the filler material by adhesion on the workpiece on the one hand and by manual pull on the handheld device on the other he follows. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachspeisung des Zusatzwerkstoffs durch eine Vorschubeinrichtung automatisch erfolgt.Device according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the make-up of the filler material done automatically by a feed device. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachspeisung des Zusatzwerkstoffs in Abhängigkeit von der Temperatur des Fügebereichs geregelt ist. Apparatus according to claim 8, characterized in that the make-up of the filler metal is dependent on the temperature of the joining area is regulated. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chne t, dass die Arbeitsspitze eine Codierung aufweist, die einem geeigneten Sensormittel an dem Handgerät eine Information über die Art der Arbeitsspitze und/oder die Art des Zusatzwerkstoffs verfügbar macht.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized that the working tip has a coding, a suitable sensor means on the handheld device provides information about the Makes the type of working tip and / or the type of filler material available. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chne t, dass die Arbeitsspitze zugleich als Abschirmung der Laserstrahlung gegenüber der Umwelt wirkt.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized that the working tip also serves as a shield against the laser radiation the environment works. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Laserstrahl ein auf den Fügebereich ausgerichteter sichtbarer Pointer eingemischt ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized that in the laser beam one on the joining area aligned visible pointer is mixed in. Verfahren zum Fügen von Kunststoffen mit Laserstrahlung und mit einem Zusatzwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte vorgesehen sind: a) Bereitstellen von wenigstens einem Werkstück in einem Fügebereich zur Verbindung der Werkstückes entlang eines Bearbeitungsweges; b) Bereitstellen eines drahtförmigen Zusatzwerkstoffs in einem Handgerät in dem Fügebereich; c) Erhitzen zumindest des Zusatzwerkstoffs mit Laserstrahlung bis die dem Fügebereich zugewandte Oberfläche aufgeschmolzen ist; d) manuelles Verfahren des Handgerätes entlang des vorgesehenen Bearbeitungsweges unter Andruck des Zusatzwerkstoffs an die Werkstücke und simultanes Nachspeisen oder Nachziehen des mit seinem aufgeschmolzenen Bereich anhaftenden Zusatzwerkstoffs. Method of joining of plastics with laser radiation and with an additional material, characterized in that the following steps are provided: a) Provision of at least one workpiece in a joining area to connect the workpiece along a processing path; b) providing a wire-shaped filler material in a handheld device in the joining area; c) Heat at least the filler material with laser radiation until the the joining area facing surface is melted; d) manual movement of the handheld device along the intended processing path under pressure of the filler material to the workpieces and simultaneous refilling or redrawing the with its melted Adhesive filler area. Zusatzwerkstoff zum Fügen von Kunststoffen mittels Laserstrahlung, mit folgenden Merkmalen: a) der Werkstoff ist drahtförmig aus einem schmelzbaren Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem Schmelzkleber gefertigt; b) der Werkstoff weist eine Infrarot absorbierende Pigmentierung auf, die derart eingerichtet ist, dass eine Halbwertslänge der Absorption höchstens einem Drittel der Dicke des Werkstoffs entspricht.Additional material for joining plastics by means of Laser radiation with the following features: a) the material is wire form from a meltable plastic material, in particular from a hot melt adhesive made; b) the material has an infrared absorbing pigmentation which is set up such that a half-value length of the Absorption at most corresponds to a third of the thickness of the material. Zusatzwerkstoff nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentierung über den Querschnitt des Werkstoffs gleichmäßig verteilt ist.Filler material according to claim 14, characterized in that that pigmentation over the cross section of the material is evenly distributed. Zusatzwerkstoff nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff zweikomponentig ausgeführt ist, wobei eine Pigmentierung des Werkstoffs dem Fügebereich zugewandt ist und eine zweite Komponente dem Fügebereich abgewandt angeordnet ist.Filler material according to claim 14, characterized in that that the material is made up of two components, with pigmentation of the material to the joining area is facing and a second component is arranged facing away from the joining area is. Zusatzwerkstoff nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt viertelkreisförmig ist.Filler metal according to claim 14 to 16, characterized characterized in that the cross section is quarter-circular.
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